基于ZEMAX的简单透镜的优化设计.doc

基于ZEMAX的简单透镜的优化设计.doc实验二基于ZEMAX的简单透镜的优化设计一・实验目的学会用ZEMAX对简单单透镜和双透镜进行设计优化。实验要求掌握使用ZEMAX实现光学优化设计的基本过程;学会生成光线像差(rayaberration)特性曲线、光程差(OPD)曲线和点列图(Spotdiagram)^焦点色位移图和场曲图;学会而厚度的求解方法,学会定义透镜的边缘厚度解和视场角,进行简单的优化;初步掌握为实际生产和装配考虑的额外设计和优化。实验原理基本设计过程拟好设计草图(光路图);;优化设计:像质分析评价一优化一再分析评价一再优化一……达到指标;输出结果。优化设计仿真光路图完成以后,调用各种像质分析图进行像质分析评价,看设计是否达标,如还未达标,则恰当使用各种优化工具进行初步优化;然后再重新进行分析评价,看是否达标,如此反复,直到设计达标。像质分析图。本实验中需学会调用光线像差(rayaberration)特性曲线、光程差(0PD)曲线和点列图(Spotdiagram)^焦点色位移图和场曲图来进行像质分析评价,各图可从主菜单-分析中调出。光线像差(rayaberration)特性曲线:关于光U童坐标函数的光线像差特征曲线,见理论课内容。光程差(0PD)曲线:见理论课内容。点列图(Spotdiagram):焦点色位移图(ChromaticFocalShift):不同波长(颜色)的光线对丁•同一个正透镜的不同焦距的曲线,可直观看出色差的大小。视场、场曲图:见理论课内容。调用优化工具进行优化。本实验小需掌握solves功能和评价函数(MeritFunction)两种优化工具。Solves功能:解(solves),能使一些函数可以口动地调整特定值,可在曲率、厚度、玻璃名称、半径、圆锥系数等参数上指定;评价函数:评价函数也叫优化函数,可由直接调用系统自带默认评价函数或用户自创评价函数来创建,函数中的变量由用户自己在镜头数据编辑框中设置,函数值会实时显示在评价函数编辑框的表头上,函数值越小,说明优化的结果越好。使用评价函数对所设计系统进行优化的步骤:设置可供选择的变量;创建评价函数,可根据设计具体需要,直接调用系统自带默认评价函数,或加入一些限制条件到默认评价函数中重新创建新的评价函数:(c)开始优化。为实际生产装配考虑的优化设计。为了使软件仿真设计出来光学系统在Z后的实际生产加工装配使用时方便,需适当考虑在做软件设计时就考虑到一些额外的设计。如本次实验中为了实际装配需要,将各透镜半口径改得比系统优化后口动生成的半口径稍大。实验内容(-).设计项目:用BK7玻璃设计一个焦距为lOOmni的F/4单透镜,要求在轴上可见光范南内最终成像的点列图的RMSRADIUS<80,光线像差〈±500,光程差<±20wavesa草拟并仿真光路图。生成光线像差特性曲线、2D、3D图层曲线和渲染模型等分析图來观察此时的成像质量。利用Solve功能来求解第2面的厚度,以便适当的消除离焦现彖,更新后观察各分析图的相应变化。将第1、第2面的曲率半径以及第2面的厚度值设为变量,建构并调用默认优化函数(MeritFunction)«在调用默认优化函数后的优化函数编辑框中的第一行前按INS插入一个新行,在其oper#列处双击(或右键单击),在弹出的对话框中将操作数选为EFFL,target设为100,weig